Verfahrenstechnik I at Universität Stuttgart

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Wie wird die Arbeit einer chemischen Reaktion in einem geschlossenen System gemessen?

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Was ist die Wärmekapazität cv?

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Verhalten reales Gas
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Wodurch ist ein Wärmefluss bemerkbar?

Arten von Wärmefluss

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Vorzeichenkonvention für Wärme und Arbeit

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Wie ist eine Zustandsgröße definiert?
Welche Eigenschaften haben ZGs?

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Wovon hängt der physikalische Zustand eines Systems ab? (5)
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Was ist Verfahrzngstechnik?
Was beschreibt es?

Beispiele? (4)

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Boyle‘sche Gestz

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Korrekturen um Verhalten von realem Gas zu erklären

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Definition Bio-based Economy
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Enthalpieänderung bei Änderung von Aggregatzuständen

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Verfahrenstechnik I

Wie wird die Arbeit einer chemischen Reaktion in einem geschlossenen System gemessen?
- es entsteht ein Gas, welches umgebende Atmosphäre verdrängt (lupft Kolben an)
- äußere Druck pex wirkt der Expansion entgegen

Volumenarbeit: |w| = pex * ΔV = pex * A * h

Verfahrenstechnik I

Was ist die Wärmekapazität cv?
cv = dU/dT

entspricht der Steigung des Graphen der Inneren Energie als Funktion der Temperatur bei konstantem Volumen

cp > cv

Verfahrenstechnik I

Verhalten reales Gas
weicht von idealem Verhalten (Boyle‘sches Gesetz) ab
-> bei Temperaturen unterhalb der kritischen Temperatur

Verfahrenstechnik I

Wodurch ist ein Wärmefluss bemerkbar?

Arten von Wärmefluss

eine Temperaturänderung der Umgebung zeigt einen Wärmefluss an

diathermische Wand
- erlaubt Energiefluss (Wärme) zwischen Temperaturunterschieden

adiabatische Wand
- lässt kein Wärmefluss zu (auch bei starken Temperaturunterschieden)

Verfahrenstechnik I

Vorzeichenkonvention für Wärme und Arbeit
positiv, wenn System Energie aufnimmt

negativ, wenn System Energie abgibt (z.B. durch Volumenvergrößerung)

Verfahrenstechnik I

Wie ist eine Zustandsgröße definiert?
Welche Eigenschaften haben ZGs?
- eine ZG hängt nur vom gegenwärtigen Zustand des Systems ab
-> hängt nicht vom „Weg“ ab
-> spielt keine Rolle, wie das System von einen in den anderen Zustand überführt wurde (Differenz von Werten einer ZG ist unabhängig davon)

Bsp.: Höhenunterschied bei einer Wanderung

Verfahrenstechnik I

Wovon hängt der physikalische Zustand eines Systems ab? (5)
  • Aggregatzustand
  • Volumen
  • Druck
  • Temperatur
  • Stoffmenge

Verfahrenstechnik I

Was ist Verfahrzngstechnik?
Was beschreibt es?

Beispiele? (4)
Umfasst alle Vorgänge, die zur Herstellung von Erzeugnissen durch physikalische, chemische sowie biologische Zustandsänderungen und Stoffumwandlungen dienen. 

  • Gewinnung von Rohkupfer aus Gestein
  • Oberflächenbehandlung eines Werkstücks (Beschichten)
  • alkoholische Gärung
  • Fermentation von Tee

Verfahrenstechnik I

Boyle‘sche Gestz
- Druck sinkt stark mit zunehmendem Volumen (bei gleicher Temp)
-> Hyperbel

- steigende Temperatur sorgt für ein Abglachen der Kurve

- Zusammenhang zwischen Druck p und reziproken Volumen 1/V ist linear

Verfahrenstechnik I

Korrekturen um Verhalten von realem Gas zu erklären
1. Ausschlussvolumen
- Teilchen besitzen Ausdehnung (sind keine Punktmassen mehr)
- Moleküle haben Volumen um sich, in dem sich kein zweites aufhalten kann (aufgrund der Ausdehnung)
= 8*Vm = 8πr^3
2. Binnendruck
- Teilchen wechselwirken über elktrosatische Stöße -> van der Waals Kräfte
- bei geringen Abständen dominiert Abstoßung (hohe potenzielle Energie)
- bei größeren Abständen dominiert anziehende Ww (Epot ist negativ)
- fällt mit 1/r^6 ab

Verfahrenstechnik I

Definition Bio-based Economy
nutzen von natürlichen, nachwachsenden Rohstoffen für den Menschen für 
  • Treibstoff
  • Energiegewinnung
  • Essen

Wichtig:
VT darf keine Konkurrenz zur Lebensmittelproduktion sein

Verfahrenstechnik I

Enthalpieänderung bei Änderung von Aggregatzuständen
beim Schmelzen
- lösen sich Moleküle nur wenig
- inermolekulare We nehmen nur gering ab
- nur kleine Änderung (+) der Enthalpie

beim Verdampfen
- entfernen sich die Moleküle weit voneinander
- intermolekulare Ww sinken auf fast null
- Enthalpieändeung deutlich größer

Sublimationsenthalpie als Summe beider einzel Enthalpien (wegen 1. Hauptsatz)
-> Enthalpie ist eine Zustandsgröße

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